Η ρύπανση από πλαστικά προϊόντα αποτελεί εδώ και δεκαετίες μια από τις μεγαλύτερες περιβαλλοντικές προκλήσεις. Η συνεχής παρουσία μικροπλαστικών σε τρόφιμα, νερό και οικοσυστήματα έχει προκαλέσει παγκόσμια ανησυχία, ωθώντας την επιστημονική κοινότητα στην αναζήτηση βιώσιμων εναλλακτικών λύσεων. Ωστόσο, οι μέχρι σήμερα προσπάθειες δημιουργίας βιοπλαστικών, υλικών δηλαδή που προέρχονται από φυτικές ή άλλες βιολογικές πηγές, συχνά προσέκρουαν σε δύο σημαντικά εμπόδια: μειωμένη μηχανική αντοχή σε σχέση με τα παραδοσιακά πλαστικά και ανάγκη για υψηλές θερμοκρασίες κομποστοποίησης ώστε να αποσυντεθούν.
Ερευνητές από το Washington University in St. Louis φαίνεται πως βρήκαν τη λύση. Αντλώντας έμπνευση από τη φυσική δομή των φύλλων, ανέπτυξαν ένα νέο είδος βιοπλαστικού που συνδυάζει υψηλή αντοχή, πολυχρηστικότητα και ικανότητα πλήρους βιοδιάσπασης σε θερμοκρασία δωματίου. Το υλικό ονομάζεται LEAFF (Layered, Ecological, Advanced and multi-Functional Film) και φιλοδοξεί να αλλάξει τα δεδομένα στη βιομηχανία συσκευασίας.
Η βασική καινοτομία προήλθε από την παρατήρηση ότι τα φύλλα φυτών έχουν κυτταρικά τοιχώματα πλούσια σε κυτταρίνη, η οποία συμβάλλει στην ανθεκτικότητα και την εύκολη αποσύνθεσή τους. Ο Joshua Yuan, καθηγητής και επικεφαλής του τμήματος Ενέργειας, Περιβάλλοντος και Χημικής Μηχανικής στο McKelvey School of Engineering, μαζί με την ομάδα του, ενσωμάτωσε νανοΐνες κυτταρίνης στο εσωτερικό της βιοπλαστικής δομής. Δημιούργησαν έτσι ένα πολυστρωματικό υλικό, με κυτταρίνη στο κέντρο και στρώσεις βιοπλαστικού εξωτερικά, συνδυάζοντας αντοχή και λειτουργικότητα.
Η τεχνολογία δοκιμάστηκε σε δύο από τα πιο διαδεδομένα είδη βιοπλαστικών: το πολυϋδροξυβουτυρικό (PHB), που προέρχεται από άμυλο, και το πολυγαλακτικό οξύ (PLA). Στη νέα του μορφή, το PLA μετατράπηκε σε ένα υλικό συσκευασίας που όχι μόνο αποσυντίθεται σε θερμοκρασία δωματίου, αλλά και παρέχει σημαντικές ιδιότητες όπως χαμηλή διαπερατότητα σε αέρα και νερό, διατηρώντας την ποιότητα των τροφίμων. Επιπλέον, η επιφάνεια του μπορεί να τυπωθεί απευθείας, εξαλείφοντας την ανάγκη για ξεχωριστές ετικέτες και μειώνοντας το κόστος παραγωγής.
Η αντοχή του LEAFF ξεπερνά ακόμη και αυτή των παραδοσιακών πλαστικών, όπως το πολυαιθυλένιο και το πολυπροπυλένιο, που κυριαρχούν στη βιομηχανία συσκευασίας και ευθύνονται για τεράστιες ποσότητες μικροπλαστικών στο περιβάλλον. Όπως εξηγεί ο διδακτορικός φοιτητής Puneet Dhatt, πρώτος συγγραφέας της σχετικής δημοσίευσης, η προσθήκη της κυτταρινούχας δομής βελτίωσε σημαντικά την εφελκυστική αντοχή του υλικού.
Ο Yuan υπογραμμίζει ότι αυτή η βιομιμητική προσέγγιση επιτρέπει την άρση τεχνικών περιορισμών που εμπόδιζαν έως τώρα την ευρεία χρήση των βιοπλαστικών. Παράλληλα, το νέο υλικό εντάσσεται πλήρως στη λογική της «κυκλικής οικονομίας», καθώς μπορεί να παραχθεί από απόβλητα και να επιστρέψει με ασφάλεια στο περιβάλλον μετά τη χρήση του.
Οι ΗΠΑ βρίσκονται σε πλεονεκτική θέση για να ηγηθούν της αγοράς βιοπλαστικών, χάρη στην εκτεταμένη αγροτική παραγωγή που προσφέρει πρώτες ύλες σε χαμηλό κόστος. Σύμφωνα με τον Yuan, η αμερικανική γεωργία μπορεί να παρέχει χημικές ενώσεις όπως γαλακτικό οξύ, οξικό και λιπαρά οξέα, προϊόντα ζύμωσης αμύλου ή καλαμποκιού, που αποτελούν βασική πρώτη ύλη για την παραγωγή βιοπλαστικών.
Η ερευνητική ομάδα στο McKelvey Engineering έχει ήδη αναπτύξει μεθόδους μετατροπής αποβλήτων όπως το διοξείδιο του άνθρακα, η λιγνίνη και τα υπολείμματα τροφίμων σε βιοπλαστικά, αξιοποιώντας μικροβιακά στελέχη όπως το Pseudomonas putida. Με τη νέα σχεδίαση του LEAFF, οι δυνατότητες παραγωγής PHB και PLA αυξάνονται σημαντικά, ενώ η βιοδιάσπαση τους γίνεται με ασφάλεια και χωρίς την ανάγκη ειδικών εγκαταστάσεων.
Ο Yuan εκφράζει την ελπίδα ότι η τεχνολογία αυτή θα κλιμακωθεί σύντομα και απευθύνει κάλεσμα σε εμπορικούς και φιλανθρωπικούς φορείς να στηρίξουν την εφαρμογή της σε βιομηχανική κλίμακα. Αν και ερευνητικές ομάδες σε Ευρώπη και Ασία εργάζονται σε παρόμοιες ιδέες, η γεωργική υπεροχή των ΗΠΑ και η στρατηγική θέση του Washington University στο κέντρο της αμερικανικής αγροχημικής βιομηχανίας δίνουν στην αμερικανική πρωτοβουλία σημαντικό προβάδισμα.
Αν το LEAFF καταφέρει να περάσει από το εργαστήριο στη μαζική παραγωγή, θα μπορούσε να αποτελέσει ένα καθοριστικό βήμα προς την αντικατάσταση των ρυπογόνων πετροχημικών πλαστικών με μια λύση φιλική προς το περιβάλλον και ανώτερη σε επιδόσεις.
[via]
